新世纪献辞
光学?激光是知识创新体系的重要一环
李景镇
(深圳大学科技研究院,深圳 518060)
1 20世纪的光学创新在人类知识创新上有特殊重要的地位
?普朗克从黑体辐射的研究中提出了辐射能量子化理论,随之出现的量子力学、量子物理、量子化学、量子生物学,等等,是人类认识微观世界的基础。
?爱因斯坦明确提出了光量子理论,光量子的能量E=ν,根据迈克尔逊光干涉实验导致了狭义相对论的出现,形成了新的时空概念及推导出质能互换定律E=mc2;
玻尔在光谱学的成就和量子理论的指导下,提出子氢原子的光谱理论,导致了对原子、分子结构的了解;
?爱因斯坦1917年提出原子系统中不仅有自然辐射,而且有受激辐射,受激光辐射是激光的理论基础;1954年,T.H. Townes发明了NH3受激辐射的微波放大器;1960年,T.H. Maiman做出了红宝石激光器。激光的发现,是人类科学技术发展史上的一次重大突破;
?半导体物理在导致科技进入信息时代的同时,也为光电器件及光信息技术开辟了途径;
?光纤通信,是人们进入信息时代的重大突破;
?超分辩显微术,特别是扫描探针技术,使人们进入观察、操纵,重组原子成为现实;
?超大天文望远镜,特别是哈勃空间望远镜,大大提高了人们认识宇宙的深度、广度;
?光合作用的研究,等等。
这些重大的突破和创新,正是知识创新体系中最重要的源泉,在创新体系中属于最高层次。
2 光学知识本身的知识创新
主要体现在光学到光子学的飞跃,正像电学到电子学的飞跃。光子学是研究光子的产生,运动和转化的科学,侧重于从微观的角度来研究它的属性。完成光学到光子学飞跃的重大突破和进展主要有:
?半导体超晶格概念和理论的提示,半导体超晶格激光器、量子阱、量子线和量子点激光器的出现;
?微腔量子电动力学效应的发现和垂直腔面发射激光器的问世,是光子学理论和器件的重大突破,是光集成的基础;
?非线性导波光学的发展,导致了光通信技术上的三大突破;孤子激光器和光孤子传输,光纤放大器,和波分复用技术;
?光子材料和光子器件的发展,光子晶体的研究正出现突破,光子晶体的研究与上个世纪半导体的研究有着同样重大的意义;
?光存储和广义三维光存储的进展;
?光双稳、光互联和光子计算机的进展;
?量子光学的进展,量子纠缠态、量子通信和量子计算机已初见端倪,等等;
3 激光在知识和技术创新体系中居于重要地位和光纤技术一道是光子学的主要依托,将在下世纪———光子世纪担纲重要的角色,关于激光的历史作用,王大珩院士有一段精辟的论述:
“60年代激光的问世,堪称本世纪物理学重大进展之一,是光学方面具有革命意义的重大突破。基于它所具有的前所未有的性质,对于光的本质,以及光与物质相互作用都具有划时代的认识。我们知道,X光在研究物质上将近一个世纪,还有其生命力,还用以研究较复杂的分子(生物分子),而激光所开辟的研究物质动态及反应的手段,它的生命力将更长,必将成为即将到来的下个世纪(21世纪)的重要科学研究对象”。激光是创新体系中的重要一环。
光电检测技术的发展及应用
钟丽云
(昆明理工大学激光研究所,昆明 650051)
检测技术在国民经济的各个行业中,起着举足轻重的作
用,无论科学研究、产品质量及自动控制都需要检测,利用现代
光电子技术作为检测手段,具有无接触、无损、远距离、抗干扰
能力强、受环境影响小、检测速度快、测量精度高等优越性,是
当今检测技术发展的主要方向。
利用光的干涉、衍射和散射进行检测已经有很长的历史,
由台曼干涉仪到莫尔条纹,然后到散斑,再到全息干涉,出现了
一个个干涉场,物理量(如位移、温度、压力、速度、折射率等)的
测量不再需要一个个的测量,而是整个物理量场一起进行。
自从激光出现以后,电子学领域的许多探测方法(如外差、
相关、取样平均、光子计数等)被引入,使测量灵敏度和测量精
度得到大大提高。光纤技术的出现,由于光纤能控制光束的传
播路径,使调制的方法增多,接收更为方便,同时它能进入物体
内部,扩大了测量范围,提高了测量精度,甚至可以事先铺设在
各种建筑物内部,作实时监测和自动控制等。
CCD固体摄像头的出现
,由于它是成像的,又很容易和计
算机连接,利用图像处理技术,可以提高测量的信噪比,并扩大
测量范围,目前它正全面地改造着传统的光学测量方法;由于
它的高分辨率,可以直接用于物体外部尺寸,轮廓以及位移和
有关物理量的测量。由于图像具有非常高的信息量,特别是彩
色CCD,在遥感技术和光纤传感技术中也得到普遍应用。
利用光与物质的相互作用,如激光致超声、激光热效应等
新的探测方法,在无损检测中也得到广泛应用。随着科学技术
的不断发展,新的探测方法还会不断的出现。
计算机在光电检测中的应用,不但可以处理大量的测量数
据,而且还可以用于设备本身的自诊断,使设备成为真正的智
能仪器。某些传统的光学仪器,如照像机和显微镜等,由于采
用了新的光信息处理方法,而出现了富里叶光谱仪和断层摄影
与计算机成像结合的CT等许多光电子设备;将激光技术和计
算机技术相结合,出现了品种繁多的各行各业的光电子仪器设
备,如激光相位测距仪、激光多谱勒测速、干涉仪、光纤陀螺、激
光排版、激光印刷、VCD光盘以及各种激光治疗仪等。
1
《激光杂志》2000年第21卷第3期 LASERJOURNAL(Vol121,No.312000)
激光检测技术研究现状与发展趋势 提要：激光检测学科发展现状在光电检测领域，利用光的干涉、衍射和散射进行检测已经有很长的历史。由泰曼干涉仪到莫尔条纹，然后到散斑，再到全息干涉，出现了一个个干涉场，物理量（如位移、温度、压力、速度、折射率等）的测量不再需要单独测量，而是整个物理量场一起进行测量。自从激光出现以后，电子学领域的许多探测方法（如外差、相关、取样平均、光子计数等）被引入，使测量灵敏度和测量精度得到大大提高。用激光检测关键技术(激光干涉测量技术、激光共焦测量技术、激光三角测量技术)实现的激光干涉仪、激光位移传感器等，可以完成纳米级非接触测量。可以说，超精密加工技术将随着高精密激光检测技术的发展而发展；在此基础上，提出了激光测量需解决的关键技术及今后的发展方向。 1.测量原理 1.1激光测距原理 先由激光二极管对准目标发射激光脉冲。经目标反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，因此它能检测极其微弱的光信号。记录并处理从光脉冲发出到返回被接收所经历的时间，即可测定目标距离。
1.2激光测位移原理 激光发射器通过镜头将可见红色激光射向被测物体表面，经物体反射的激光通过接收器镜头，被内部的CCD线性相机接收，根据不同的距离，CCD线性相机可以在不同的角度下“看见”这个光点。根据这个角度及已知的激光和相机之间的距离，数字信号处理器就能计算出传感器和被测物体之间的距离。 2.激光测量系统的应用 激光功率和能量是描述激光特性的两个基本参数，激光功率计和能量计是最常用的两类激光测量仪器。随着激光技术的不断发展，对激光测试技术和测量仪器提出了更高要求。由于调Q和锁模激光的出现和应用，要求测量的激光功率已从毫瓦、瓦、千瓦、兆瓦直到千兆瓦以上。激光能量也从毫焦尔逐渐跨过千焦尔。脉冲激光的持续时间也由毫秒、微秒、毫微秒、而缩短至微微秒量级。光谱范围也从紫外、可见、红外扩展到近毫米波段。激光精密测量和某些生物医学方面的研究和应用(如眼科治疗、细胞手术器等)的发展，对激光测量的精度也提出了非常高的要求。 2.1激光非球面检测技术 长期以来，非球面检测技术一直制约着非球面制造精度的提高，尤其对于高精度非球面的检测。规的非球面检测方法如刀口阴影法、激光数字干涉法及接触式光栅测量法等，对于检测工件表面来说都有一定的局限性。原子力显微镜是利用纳米级的探针固定在可灵敏操控的微米级尺度的弹性悬臂上，当针尖很靠近样品时，其顶端的原子与
光电检测技术试题及答案 光电检测技术试题及答案1、光电器件的基本参数特性有哪些? (响应特性噪声特性量子效率线性度工作温度) @响应特性分为电压响应度电流响应度光谱响应度积分响应度响应时间频率响应 @噪声分类：热噪声散粒噪声产生-复合噪声 1/f噪声信噪比S/N 噪声等效功率NEP 2、光电信息技术是以什么为基础，以什么为主体，研究和发展光电信息的形成、传输、接收、变换、处理和应用。 (光电子学光电子器件) 3、光电检测系统通常由哪三部分组成 (光学变换光电变换电路处理) 4、光电效应包括哪些 外光电效应和内光电效应) 外光电效应：物体受光照后向外发射电子——多发生于金属和金属氧化物。内光电效应：物体受到光照后所产生的光电子只在物质内部而不会逸出物体外部——多发生在半导体。 内光电效应又分为光电导效应和光生伏特效应。
光电导效应：半导体受光照后，内部产生光生载流子，使半导体中载流子数显著增加而电阻减少的现象。 光生伏特效应：光照在半导体PN结或金属—半导体接触面上时，会在PN结或金属—半导体接触的两侧产生光生电动势。 5、光电池是根据什么效应制成的将光能转换成电能的器件，按用途可分为哪几种? (光生伏特效应太阳能光电池和测量光电池) 6、激光的定义，产生激光的必要条件有什么? ( 定义：激光是受激辐射的光放大粒子数反转光泵谐振腔) 7、热释电器件必须在什么样的信号的作用下才会有电信号输出? (交变辐射) 8、 CCD是一种电荷耦合器件，CCD的突出特点是以什么作为信号，CCD的基本功能是什么? (电荷 CCD的基本功能是电荷的存储和电荷的转移。) 9根据检查原理，光电检测的方法有哪四种。 (直接作用法差动测量法补偿测量法脉冲测量法) 10、光热效应应包括哪三种。 (热释电效应辐射热计效应温差电效应) 11、一般PSD分为两类，一维PSD和二维PSD，他们各自用途是什么?
光电检测技术总结 经过一学期的光电检测技术课程的学习，我们大致上了解了光电检测技术有许多方面的知识，按照传感器、转换电路、检测装置划分排列。接下来我们来仔细探讨一下究竟有什么值得我们学习的。 首先是光电技术的定义。何为光电技术？光电检测技术是以激光、红外、光纤等现代光电子器件作为基础，通过对被检测物体的光辐射，经光电检测器接收光辐射并转换为电信号，由输入电路、放大滤波等检测电路提取有用信息，或进入计算机处理，最终显示输出所需要的检测物理参数。其中检测和测量有一些不同的地方：检测：通过一定的物理方式，分辨出被测参量并归属到某一范围带，以此来判别被测参数是否合格或是否存在。测量：将被测的未知量与同性质的标准量比较，确定被测量对标准量的倍数，并通过数字表示出这个倍数的过程。而光电检测技术的应用存在在生活中的每一个部分。比如人的视觉功能，人眼是一个直径为23mm的近似球体，眼球前方横径为11mm的透明角膜具有屈光作用，角膜后的虹膜中央有称为瞳孔的圆孔，它可以扩大或缩小以调节进入眼球的光亮。虹膜后的水晶体相当于光学系统中的透镜，其直径为9mm。在眼球的后方有视网膜，这是光学细胞和杆状细胞，它们和视网膜上的其他细胞组成的微小感光单元。这些感光单元接收光刺激后转化为神经冲动，经视神经传导到大脑的高级视觉中枢，从而产生亮度和彩色的感觉，同时也形成有关物体状和大小的判断。因此，人眼是一个高灵敏度、高分辨率和极为复杂而精巧的光传感器。正好光学仪器是人眼的视觉扩展，通过利用光辐射的各种现象和特性，摄取信息实现控制的有力工具，它是人类视觉参与下才能工作的。光学仪器一共在人类视觉上做出了以下的扩展：1、时间上扩展，可以通过摄像机记录过去的样子；2、空间上的扩展，通过地球卫星观看世界个地的样貌；3、识别能力的扩展，通过放大镜和显微镜我们能够观测到人眼看不见的细微东西。 光电检测系统由哪些东西组成？典型的光电仪器包括了精密机械、光学系统、光电信号传感器、电信号处理器和运算控制计算机以及输出显示设备等环节。各种环节分别实现各自的职能，组成光、机、电的综合系统。一个典型的光电检测系统的组成由辐射源开始，依次为传输媒质、检测目标、光学系统、光点检测器件、信息处理、输出设备。其中辐射源通过传输媒质由对象空间进入到光电系统。
光电探测技术实验报告 班级：08050341X 学号：28 姓名：宫鑫
实验一光敏电阻特性实验 实验原理: 光敏电阻又称为光导管,是一种均质的半导体光电器件,其结构如图(1)所示。由于半导体在光照的作用下,电导率的变化只限于表面薄层,因此将掺杂的半导体薄膜沉积在绝缘体表面就制成了光敏电阻，不同材料制成的光敏电阻具有不同的光谱特性。光敏电阻采用梳状结构是由于在间距很近的电阻之间有可能采用大的灵敏面积,提高灵敏度。 实验所需部件: 稳压电源、光敏电阻、负载电阻（选配单元）、电压表、 各种光源、遮光罩、激光器、光照度计（由用户选配） 实验步骤: 1、测试光敏电阻的暗电阻、亮电阻、光电阻 观察光敏电阻的结构,用遮光罩将光敏电阻完全掩 盖,用万用表测得的电阻值为暗电阻 R暗,移开遮光罩，在环境光照下测得的光敏电阻的 阻值为亮电阻，暗电阻与亮电阻之差为光电阻，光 电阻越大，则灵敏度越高。 在光电器件模板的试件插座上接入另一光敏电阻， 试作性能比较分析。 2、光敏电阻的暗电流、亮电流、光电流 按照图(3)接线，电源可从+2~+8V间选用，分别在暗光和正常环境光照下测出输出电压V暗和V亮则暗电流L暗=V暗/R L,亮电流L亮=V亮/R L，亮电流与暗电流之差称为光电流，光电流越大则灵敏度越高。 分别测出两种光敏电阻的亮电流，并做性能比较。 图（2）几种光敏电阻的光谱特性 3、伏安特性: 光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系。 按照图(3)分别测得偏压为2V、4V、6V、8V、10V、12V时的光电流，并尝试高照射光源的光强，测得给定偏压时光强度的提高与光电流增大的情况。将所测得的结果填入表格并作出V/I曲线。 注意事项: 实验时请注意不要超过光电阻的最大耗散功率P MAX, P MAX=LV。光源照射时灯胆及灯杯温度均很高，请勿用手触摸，以免烫伤。实验时各种不同波长的光源的获取也可以采用在仪器上的光源灯泡前加装各色滤色片的办法，同时也须考虑到环境光照的影响。
光电探测技术发展概况 学号：20121226465姓名：熊玉宝 摘要:本文扼要论述光电探测技术重要性，并简要地介绍了光电探测技术的几种主要方法及发展趋势。 关键词:光电；探测；技术 光电探测技术是根据被探测对象辐射或反射的光波的特征来探测和识别对象的一种技术，这种技术本身就赋予光电技术在军事应用中的四大优点，即看得更清、打得更准、反应更快和生存能力更强。 光电探测技术是现代战争中广泛使用的核心技术，它包括光电侦察、夜视、导航、制导、寻的、搜索、跟踪和识别多种功能。光电探测包括从紫外光（0.2～0.4μm）、可见光（0.4～0.7μm）、红外光（1～3μm，3～5μm，8～12μm）等多种波段的光信号的探测。 新一代光电探测技术及其智能化，将使相关武器获得更长的作用距离，更强的单目标/多目标探测和识别能力，从而实现更准确的打击和快速反应，在极小伤亡的情况下取得战争的主动权。同时使武器装备具有很强的自主决策能力，增强了对抗，反对抗和自身的生存能力。实际上，先进的光电探测技术已成为一个国家的军事实力的重要标志。 现代高技术战争的显著特点首先是信息战，而信息战中首要的任务是如何获取信息。谁获取更多信息，谁最早获取信息，谁就掌握信息战的主动权。光电探测正是获取信息的重要手段。微波雷达和光电子成像设备常常一起使用，互相取长补短，相辅相成，可以获取更多信息，可以更早获取信息。前者作用距离远，能全天候工作；后者分辨率高，识别能力和抗干扰能力强。无论侦察卫星、预警卫星、预警飞机还是无人侦察机往往同时装备合成孔径雷达和CCD相机、红外热像仪或多光谱相机。为改进对弹道导弹的预警能力，美国正在研制的天基红外系统（SBIRS）拟用双传感器方案，即一台宽视场扫描短波红外捕获传感器和一台窄视场凝视多色（中波/长波红外、长波红外/可见光）跟踪传感器，能捕获和跟踪弹道导弹从发射到再入大气的全过程。美国已经装备并正在不断改进的CR-135S眼镜蛇球预警机，采用可见光和中波红外像机，能精确测定420km外的导弹发射，确定发动机熄火点，计算出它的弹道和碰撞点。最近在上面加了一台远程激光测距机，其作用距离可达400km。美国海军也在为战区弹道导弹防御
光电技术应用及发展前景 43年前，世界上第一台红宝石激光器诞生。那是的人们可能还没有意识到，由这台激光器引发、孕育出的光电技术将会给人类的生活带来翻天覆地的变化。随着光电子技术的发展，当今社会正在从工业社会向信息社会过渡，国民经济和人们生活对信息的需求和依赖急剧增长，不仅要求信息的时效好、数量大，并且要求质量高、成本低。在这个社会大变革时期，光电子技术已经渗透到国民经济的每个方面，成为信息社会的支柱技术之一。总之，光电子技术具有许多优异的性能特征，这使得它具有很大的实用价值。而今天，光电子产业已经成为了21世纪的主导产业之一，光电子产业的参天大树上也结出了丰富的果实，它们包括但不限于光通信、光显示、光存储、影像、光信号、太阳能电池等，也可以简单地把现在的光电子产业分为信息光电子（光纤光缆、光通讯设备等）、能量光电子（激光器、激光加工成套设备、测控仪表、激光医疗设备等）和娱乐光电子（VCD、DVD等）等方面。而本文将介绍光电子技术在以下几个领域的应用前景： 光通信： 目前，光通信网络行业进入高速发展期，以光纤为技术基础的网络通信现在已经覆盖了许多地区，我国的光通信技术也走在世界前沿。2011年，武汉邮科院在北京宣布完成“单光源1-Tbit/s LDPC 码相干光OFDM 1040公里传输技术与系统实验”，这一传输速率是目前国内商用最快速率（40Gb/s）的25倍。十年发展，光通信商用水平的最高单通道速率增长16倍，最大传输容量增长160倍。2005年，邮科院实现了全球率先实现在一对光纤上4000万对人同时双向通话。2011年7月29日，该院在全球率先实现一根光纤承载30.7Tb/s信号的传输，可供5亿人同时在一根光纤上通话，再次刷新了世界纪录。而正在研制中的科技开发项目，有望在2014年实现12.5亿对人同时通话。这一技术打破了美国在该领域保持的单光源传输世界纪录。在2012年的中国光博会上，新技术新产品层出不穷。随着“宽带中国”上升为国家战略，中国得天独厚的优势将使光通信制造企业信心十足。通过对各技术分支专利的分析看出，光传输物理层PHY和光核心网OCN已相对成熟和大规模商用，PHY作为各类网络传输技术的基础，既有相对成熟、淡出主流研究视野的部分，也有业界正致力于寻求最佳方案的技术点；无光源网络PON技术作为世界普遍应用的接入网技术，在“光纤到户”、“三网融合”等概念家喻户晓的今天，已成为各国基础设施建设投资中不可或缺的一部分；分组传输网PTN既是新兴技术，又得到了相对广泛的商用，其在移动回传中的应用使其成为下一代移动通信网络建设中的一种较优的可选方案，同时相应技术标准正在争议中发展，其技术发展将带来难以估量的商机；智能交换光网络ASON技术和全光网AON技术是光通信网络技术中的前沿技术，目前处于研发的活跃期。 此外，复旦大学近期研发的可见光通讯技术也是光通信的发展前景之一，通过给普通的LED 灯泡加装微芯片，使灯泡以极快的速度闪烁，就可以利用灯泡发送数据。而灯泡的闪烁频率达到每秒数百万次。通过这种方式，LED灯泡可以快速传输二进制编码。但对裸眼来说，这样的闪烁是不可见的，只有光敏接收器才能探测。这类似于通过火炬发送莫尔斯码，但速度更快，并使用了计算机能理解的字母表。使用标准的LED照明灯，哈斯与他的同事戈登·波维创建的研究小组已经达到了两米距离的130兆比特每秒的传输速度。随着白炽灯、荧光灯逐渐退出市场并被LED取代，未来任何有光的地方都可以成为潜在的LiFi数据传输源。想象一下这样的场景：在街头，利用路灯就可以下载电影；在家里，打开台灯就可以下载歌曲；在餐厅，坐在有[4]灯光的地方就可以发微博；即便是在水下，只要有灯光照射就可以上网。LiFi另一个巨大的好处是在任何对无线电敏感的场合都可以使用，比如飞机上、手术室里等。光显示：
《光电检测技术》考试大纲 一、课程性质 专业基础课。 二、适用科学 仪器科学与技术、光学工程(包括专业型硕士：仪器仪表工程、光学工程)。 三、试卷结构 基础知识占60％，应用能力占40％。 四、参考书目 教材：徐熙平、张宁编著，光电检测技术及应用，机械工业出版社，2016 参考：雷玉堂主编，光电检测技术，中国计量出版社，2009 王庆有主编，光电传感应用技术，机械工业出版社，2011 五、考试内容与基本要求 第一章绪论 [考试要求]光电检测技术及特点、光电检测系统的组成。 [考试内容]光电检测技术、光电检测系统的组成。 第二章光电检测技术基础 [考试要求] 辐射度量和光度量的基本概念，半导体的物理基础，半导体对光的吸收，各类光电效应概念，光电器件的基本参数。 [考试内容] 辐射度量和光度量的基本概念 半导体物理基础：半导体特性、能带、半导体导电结构、载流子的运动， PN结、半导体对光的吸收； 内光电效应：光电导效应、光生伏特效应； 外光电效应； 光电器件常用的各种基本参数。 第三章光电检测器件 [考试要求]光电导器件、光生伏特器件、光电发射器件、热辐射探测器件、热释电器件、光电耦合器件和图像传感器件等各种光电传感器的结构、工作原理、 特性参数和使用方法，关键参数计算等。 [考试内容]光电导器件：光敏电阻； 光生伏特器件：光敏二极管、硅光电池、光敏晶体管、光电位置敏感器件；
光电发射器件：光电倍增管； 热辐射探测器件：热敏电阻、热电偶、热电堆； 热释电器件：工作原理，居里温度，热释电器件优点； 光耦合器件：定义、原理、如何用光耦合器件组成简单的逻辑电路？ 图像传感器：电荷耦合器件、CMOS图像传感器、红外热成像、图像的增强 与变像。 第四章半导体发光管与激光器 [考试要求] 发光二极管、激光器等常用光源的工作原理、特性及其应用。 [考试内容]发光二极管：发光机理、应用； 半导体激光器：发光机理、结构； 几种典型的激光器：气体激光器、固体激光器结构。 第五章辐射信号检测 [考试要求] 辐射信号检测的方法，如直接检测、光外差检测、基于几何光学方法的光电信息变换检测、温度检测、莫尔条纹检测，并结合实际举例说明了如何 使用调制盘检测、投影放大法、光三角法、光扫描法、光焦点法等进行长、 宽尺寸测量的原理、结构，典型信号检测的优缺点。 [考试内容]直接探测法：光学系统、调制盘； 光外差探测法：探测原理、光外差探测的特性； 几何光学方法的光电信息变换：长、宽、位移、速度； 莫尔条纹特点及特性参数计算。 第六章光电检测系统典型电路 [考试要求] 常用的光电传感器如光敏电阻、光敏二极管、CCD电荷耦合器件等对应的典型电路，并举例说明了使用可编程逻辑器件进行CCD驱动的方法，视 频信号的二值化处理方法，光电信号常用的辨向处理和细分电路。 [考试内容]光敏电阻的变换电路：基本偏置、恒流电路、恒压电路； 光生伏特器件的偏置电路：反偏、零偏； CCD器件驱动电路：驱动电路时序方法、可编程器件产生驱动时序； 视频信号二值化处理电路：阈值法、微分法； 常用的光电信号辨向处理与细分电路。 第七章微弱信号检测
光电检测技术与应用课后答案 第1章 1、举例说明你说知道的检测系统的工作原理。 （1）光电检测技术在工业生产领域中的应用：在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位…（2）光电检测技术在日常生活中的应用： 家用电器——数码相机、数码摄像机：自动对焦---红外测距传感器自动感应灯：亮度 检测---光敏电阻 空调、冰箱、电饭煲：温度检测---热敏电阻、热电偶遥控接收：红外检测---光敏二极管、光敏三极管可视对讲、可视电话：图像获取---面阵CCD 医疗卫生——数字体温计：接触式---热敏电阻，非接触式---红外传感器办公商务——扫描仪：文档扫描---线阵CCD 红外传输数据：红外检测---光敏二极管、光敏三极管（3）光电检测技术在军事上的应用：夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术激光测距仪：可精确的定位目标光电检 测技术应用实例简介点钞机 （1）激光检测—激光光源的应用用一定波长的红外激光照射第五版人民币上的荧光字，会使荧光字产生一定波长的激光，通过对此激光的检测可辨别钞票的真假。由于仿制 困难，故用于辨伪很准确。（2）红外穿透检测—红外信号的检测红外穿透的工作原理是利用人民币的纸张比较坚固、密度较高以及用凹印技术印刷的油墨厚度较高，因而 对红外信号的吸收能力较强来辨别钞票的真假。人民币的纸质特征与假钞的纸质特征 有一定的差异，用红外信号对钞票进行穿透检测时，它们对红外信号的吸收能力将会 不同，利用这一原理，可以实现辨伪。 （3）荧光反应的检测—荧光信号的检测荧光检测的工作原理是针对人民币的纸质进行检测。人民币采用专用纸张制造（含85％以上的优质棉花），假钞通常采用经漂白处理后的普通纸进行制造，经漂白处理后的纸张在紫外线（波长为365nm的蓝光）的照射下会出现荧光反应（在紫外线的激发下衍射出波长为420－460nm的蓝光），人民 币则没有荧光反应。所以，用紫外光源对运动钞票进行照射并同时用硅光电池检测钞 票的荧光反映，可判别钞票真假。 （4）纸宽的检测—红外发光二极管及接收二极管的应用主要是用于根据钞票经过此红外发光及接收二极管所用的时间及电机的转速来间接的计算出钞票的宽度，并对机器 的运行状态进行判断，比如有无卡纸等；同时也能根据钞票的宽度判断出其面值。
《光机电检测技术》 结课论文 光电检测技术在机械设计中的应用
摘要：本文通过对光电检测基本原理的描述，通过讨论了光电检测技术在印刷机，包装机械，洗衣机当中的应用，论述了在工艺上应该注意的问题。 关键词：光电检测，机械 前言：检测技术在国民经济的各个行业中,起着举足轻重的作用,无论科学研究、产品质量及自动控制都需要检测,利用现代光电子技术作为检测手段,具有无接触、无损、远距离、抗干扰能力强、受环境影响小、检测速度快、测量精度高等优越性,是当今检测技术发展的主要方向。光电检测技术是以激光、红外、光纤等现代光电子器件作为基础，通过对被检测物体的光辐射，经光电检测器接受光辐射并转换为电信号，由输入电路、放大滤波等检测电路提取有用信息，再经模/数转换接口输入计算机运算处理，最后显示输出所需要的检测物理量等参数。 1.光电检测的基本原理 图1 光电检测系统主要由投光器(光源)、受光器、信号处理装置等组
成。根据受光器所感知的信号判断被测对象的有无、形状、方位和颜色时,按投光器和受光器的相对位置不同可分为反射型和透过型两种型式,见图2。作为光电检测媒介的光可以是自然光如白炽灯、萤光灯或卤素灯发出的光。随着光电技术的发展,现常用的是一种特殊的经过调制的光,它是反光二极管在电压作用下发出的光。因为半导体没有热惯性,可以在通电的瞬间发光,并且可发出与电流波形相同的光,这大大提高了其抗干扰能力。投光器发出的光采用不同形式接触被测物后照射在受光器上,而受光器是在光照射下产生电流(或电导率发生变化),即所谓的具有光电效应的光敏元件,常用的有光电二极管和光电三极管。光电二极管的PN结在没有光照时和普通二极管一样具有单向导电性,使用时处于反向偏置;光线照射管芯,会产生光生载流子,在反向电压作用下,生载流子导电产生光电流,即随入射光强度的变化在负载电阻的两端就会产生随光强度变化的光电压,经检波、放大处理去推动控制系统。 图2 2.光电检测在机械设计中的应用
光电检测技术期中考试试卷 2014 一．选择题（20分） 1．对于费米能级，以下说法不正确的是（ ） A 一个平衡的系统只能有唯一一个费米能级 B 电子占据率为0.5时所对应的能级 C p 型半导体材料费米能级靠近价带顶 D n 型半导体材料费米能级靠近价带顶 2．负电子亲和势阴极和正电子亲和势比较有重要差别，参与发射的的电子（ ） A 不是冷电子，而是热电子 B 不是热电子，而是冷电子 C 既是冷电子，又是热电子 D 既不是冷电子，也不是热电子 3．下列器件按照响应速度由快到慢的顺序，正确的是（ ） A PIN 光电二极管 PN 结光电二极管 光电三极管 光敏电阻 B PIN 光电二极管 光敏电阻PN 结光电二极管 光电三极管 C 光电三极管 PIN 光电二极管 光敏电阻PN 结光电二极管 D PN 结光电二极管 光电三极管 PIN 光电二极管 光敏电阻 4．下列探测器的光－电响应时间，由少数载流子的寿命决定： （ ） A 光电导探测器 B 光电二极管 C 光电倍增管 D 光电倍增管 5．对于光敏电阻，下列说法不正确的是( ) A 弱光照下，光电流与照度之间具有良好的线性关系 B 光敏面做成蛇形，有利于提高灵敏度 C 光敏电阻光谱特性的峰值波长，低温时向短波方向移动 D 光敏电阻具有前历效应 6．下列光源中哪一种光源，可作为光电探测器在可见光区的积分灵敏度测量标准光源：（ ） A 氘灯 B 低压汞灯 C 色温2856K 的白炽灯 D 色温500K 的黑体辐射器 7．当黑体的温度升高时，其峰值光谱辐射出射度所对应的波长的移动方向为（ ） A.向短波方向移动 B.向长波方向移动 C.不移动 D.均有可能 8．表中列出了几种国外硅APD 的特性参数 根据表中数据，要探测830nm 的弱光信号，最为合适的器件是 （ ） A C30817E B C30916E C C30902E D C30902S 9．已知甲、乙两厂生产的光电器件在色温2856K 标准钨丝灯下标定出的灵敏度分别为uW uA S e /5=， lm A o S v /4.=，则甲乙两厂中光电器件灵敏度比较结果正确的是（ ） A. 甲场灵敏度高 B. 乙场灵敏度高 C. 甲乙两场灵敏度一样高 D. 无法比较
1、光电测试技术的发展，从功能上来看具有什么特点： 1、 从静态测量向动态测量发展； 2、 从逐点测量向全场测量发展； 3、 从低速测量向高速测量发展，同时具有存储和记录功能。 2、测量中应遵循的原则：阿贝原则，封闭原则 3、人眼进行调焦的方法中最简单、最常用的是清晰度法和消视差法。 人眼的对准不确定度和调焦不确定度 最简便最常用的调焦方法是清晰度法和消视差法。 清晰度法是以目标与比较标志同样清晰为准。调焦不确定度是由于存在几何焦深和物理焦深所造成的。 消视差法是以眼睛在垂轴平面上左右摆动也看不出目标和标志有相对横移为准的。 用望远镜调焦的目的是提高精度、准确度 4、 光电对准按功能原理分类： a) 光度式：普通光度式、差动光度式 b) 相位式:光度式的基础上加入一个调制器即成为相位式 5、 关于光具座： 测量焦距时使用玻罗板 6、 分辨率测试技术有几种判据？ ? 瑞利（Rayleigh ）判据认为，当两衍射斑中心距正好等于第一暗环的半径时，人眼刚 能分辨开这两个像点，这时两衍射斑的中心距为 ? 道斯（Dawes ）判据认为，人眼刚能分辨两个衍射像点的最小中心距为 ? 斯派罗（Sparrow ）判据认为，当两个衍射斑之间的合光强刚好不出现下凹时为刚可 分辨的极限情况，两衍射斑之间的最小中心距为 例：假设汽车两盏灯相距r =1.5m ，人的眼睛瞳孔直径D=4mm ，问最远在多少米的地方，人眼恰好能分辨出这两盏灯? 1－平行光管 2－透镜夹持器 3－测量显微镜 4－ 测微目镜 5－导轨 1 2 3 4 5 0'1.22 1.22f F D σλλ==0 1.02F σλ=00.947F σλ=
光电检测技术 实验报告 题目：光电报警系统的设计和制作学院：仪器科学与光电工程学院专业：测控技术与仪器 班级： 学生姓名： 指导老师：
实验三 光电报警系统的设计和制作 一、设计任务 红外报警器系统的原理框图如图1所示。由红外光源发出的红外辐射被红外探测器接收，红外辐射信号变为电信号，经信号放大和处理电路后送报警电路。系统分成发送和接收两部分，分开放置。当没有人和物体进入这两部分之间，红外辐射没有被阻挡时，报警处于不报警状态。一旦有人或物体进入这两部分之间。红外辐射被阻挡，报警器立即翻转到报警状态。 图1 红外报警器系统原理框图 二、设计方案 （1）发射端电路 用NE555组成振荡器来驱动发光管，NE555构成多谐振荡器原题图如图2所示。下面对照电路图简述其工作原理及参数选择。 图2 多谐振荡器 注：1地 GND 2触发 3输出 4复位 5控制电压 6门限(阈值) 7放电 8电源电压Vc 当3脚为高电平（略低于Vc 时），输出电压将通过R1对C1充电。A 点电压按指数规律上升，时间常数为R1C1。 当A 点电压上升到上限阙值电压（约2Vc/3时），定时器输出翻转成低电平
（略大于0V）。这时，A点电压将随C1放电而按指数规律下降。当A点下降到下限阙值电压（约Vc/3）时，定时器输出变成高电平，调整R2的阻值得到严格的方波输出。 用NE555组成振荡器来驱动发光管时，要注意发光管上串联一个限流电阻。使输出电流小于或等于发光管的最大正向电流 F I。若振荡器输出电压为Vo，则 限流电阻R取值为F F O I V V R - ≥ 。如果限流电阻低于上述公式所得值，或未加限流电阻，则会造成发光管和定时器烧毁。 D2 LED 图3 振荡发射电路原理图 （2）光电检测、比较报警电路 D4 LED R8 500 图4 光电检测放大器电路原理图比较报警电路的设计利用光敏二极管的反向特性，当接收到光信号时，光敏二极管导通良好，产生电压，放大器即可对信号处理；当没有接收到光信号时，光敏二极管截止，放大器的同相端电压几乎为0。利用1/2LF353构成的光放大器，如图所示。用1/2LF353构成一个比较放大器。放大器的正端加2V左右偏压，负端加信号电压。当光线未阻断时，从主放大器来的交流信号经二极管检波电路，再经低通滤波器后得到直流电压，使后面的放大器负载输入端电位大于（或等于）正输入端电位。
光电检测作为光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术，主要包括光信息获取、光电变换、光信息测量以及测量信息的智能化处理等，具有精度高、速度快、距离远、容量大、非接触、寿命长、易于自动化和智能化等优点，在国民经济各行业中得到了迅猛的发展和广泛的应用，如光扫描、光跟踪测量，光纤测量，激光测量，红外测量，图像测量，微光、弱光测量等，是当前最主要和最具有潜力的光电信息技术。本文从光电检测技术本身特点出发，分析其发展现状及发展趋势。 一、光电检测技术的概述 光电检测技术是光学与电子学相结合而产生的一门新兴检测技术。它主要利用电子技术对光学信号进行检测，并进一步传递、储存、控制、计算和显示。光电检测技术从原理上讲可以检测一切能够影响光量和光特性的非电量。它可通过光学系统把待检测的非电量信息变换成为便于接受的光学信息，然后用光电探测器件将光学信息量变换成电量，并进一步经过电路放大、处理，以达到电信号输出的目的。然后采用电子学、信息论、计算机及物理学等方法分析噪声产生的原因和规律，以便于进行相应的电路改进，更好地研究被噪声淹没的微弱有用信号的特点与相关性，从而了解非电量的状态。微弱信号检测的目的是从强噪声中提取有用信号，同时提高测系统输出信号的信噪比。 光电检测的系统机构比较简单，分为信号的处理器，受光器，光源。在实际检测过程中，受光器在获得感知信号后，就会被反映为不同形状、颜色的信号，同时根据这些器件所处在的不同位置，就能够将他分为反射型与透过型的两种比较的模式。光电检测的媒介光应当是自然的光，例如白炽灯或者萤光灯。特别是随着这些技术的发展，光电技术也取得的非常好发展。由于投光器在发出光后，会以不一样的方式触摸这些被检测物中，直到照射到检测系统中的受光器中，同时受光器在此刺激下，会产生一定量的电流，这就是我们常说的光敏性的原件，实际生活中应用比较广泛的有三极管、二极管。 光电检测技术主要包括光电变换技术、光信息获取与光信息测量技术以及测量信息的光电处理技术等。光电检测技术将光学技术与电子技术相结合实现对各种量的测量，它具有高精度、高速度、远距离、大量程、非接触测量等特点。 二、光电检测技术的发展现状
光电检测技术课程作业及答案(打印版)
思考题及其答案 习题01 一、填空题 1、通常把对应于真空中波长在（0.38m μ）范围内的电磁辐 μ）到（0.78m 射称为光辐射。 2、在光学中，用来定量地描述辐射能强度的量有两类，一类是（辐射度学量），另一类是(光度学量)。 3、光具有波粒二象性，既是（电磁波），又是（光子流）。光的传播过程中主要表现为（波动性），但当光与物质之间发生能量交换时就突出地显示出光的（粒子性）。 二、概念题 1、视见函数：国际照明委员会（CIE）根据对许多人的大量观察结果，用平均值的方法，确定了人眼对各种波长的光的平均相对灵敏度，称为“标准光度观察者”的光谱光视效率V(λ),或称视见函数。 2、辐射通量：辐射通量又称辐射功率，是辐射能的时间变化率，单位为瓦(1W=1J/s)，是单位时间内发射、传播或接收的辐射能。 3、辐射亮度：由辐射表面定向发射的的辐射强度，除于该面元在垂直于该方向的平面上的正投影面积。单位为(瓦每球面度平方米) 。 4、辐射强度：辐射强度定义为从一个点光源发出的，在单位时间内、给定方向上单位立体角内所辐射出的能量，单位为W／sr(瓦每球面度)。 三、简答题 辐射照度和辐射出射度的区别是什么？ 答：辐射照度和辐射出射度的单位相同，其区别仅在于前者是描述辐射接
收面所接收的辐射特性，而后者则为描述扩展辐射源向外发射的辐射特性。 四、计算及证明题 证明点光源照度的距离平方反比定律，两个相距10倍的相同探测器上的照度相差多少倍？答： 2 22 4444R I R I dA d E R dA d E R I I ===∴=ππφπφφπφ＝的球面上的辐射照度为半径为又＝的总辐射通量为在理想情况下，点光源设点光源的辐射强度为ΘΘ ()1 2222222221 122 12 11001001010E E L I E L I L I L I E R I E L L L L =∴====∴= =ΘΘ又的距离为第二个探测器到点光源， 源的距离为设第一个探测器到点光 习题02 一、填空题 1、物体按导电能力分（绝缘体）（半导体）（导体）。 2、价电子的运动状态发生变化,使它跃迁到新的能级上的条件是（具有能向电子提供能量的外力作用）、（电子跃入的那个能级必须是空的）。 3、热平衡时半导体中自由载流子浓度与两个参数有关：一是在能带中（能态的分布），二是这些能态中（每一个能态可能被电子占据的概率）。 4、半导体对光的吸收有（本征吸收）（杂质吸收）（自由载流子吸收）（激子吸收）（晶格吸收）。半导体对光的吸收主要是（本征吸收）。 二、概念题 1、禁带、导带、价带：
光电探测技术 实验报告 班级：10050341 学号：05 姓名：解娴
实验一光敏电阻特性实验 一、实验目的 1.了解一些常见的光敏电阻的器件的类型； 2.了解光敏电阻的基本特性； 3.测量不同偏置电压下的光敏电阻的电压与电流，并作出V/A曲线。 二、实验原理 伏安特性显示出光敏电阻与外光电效应光电元件间的基本差别。这种差别是当增加电压时，光敏电阻的光电流没有饱和现象，因此，它的灵敏度正比于外加电压。 光敏电阻与外光电效应光电元件不同，具有非线性的光照特性。各种光敏电阻的非线性程度都是各不相同的。 大多数场合证明，各种光敏电阻均存在着分析关系。这一关系为 式中，K为比例系数；是永远小于1的分数。 光电流的增长落后于光通量的增长，即当光通量增加时，光敏电阻的积分灵敏度下降。 这样的光照特性，使得解算许多要求光电流与光强间必需保持正比关系的问题时不能利用光敏电阻。 光照的非线性特性并不是一切光敏半导体都必有的。目前已有就像真空光电管—样，它的光电流随光通量线性增大的光敏电阻的实验室试样。光敏电阻的积分灵敏度非常大，最近研究出的硒—鎘光敏电阻达到12A／lm，这比普通锑、铯真空光电管的灵敏度高120，000倍。
三、实验步骤 1、光敏电阻的暗电流、亮电流、光电流 按照图1接线，电源可从+2V～+8V间选用，分别在暗光和正常环境光照下测出输出电压V暗和V亮。则暗电流L暗=V暗/RL,亮电流L亮=V亮/RL，亮电流与暗电流之差称为光电流，光电流越大则灵敏度越高。 2、伏安特性 光敏电阻两端所加的电压与光电流之间的关系即为伏安特性。按照图1接线，分别测得偏压为2V、4V、6V、8V、10V时的光电流，并尝试高照度光源的光强，测得给定偏压时光强度的提高与光电流增大的情况。将所测得的结果 填入表格并做出V/I曲线。 图1光敏电阻的测量电路 偏压2V4V6V8V10V12V 光电阻I 四、实验数据 实验数据记录如下： 光电流： E/V246810 U/V0.090.210.320.430.56 I/uA1427.54255.270.5 暗电流：0.5uA 实验数据处理：
光电检测技术在机械设计中的应用与发展 摘要：本文通过对光电检测基本原理的描述，通过讨论了光电检测技术在印刷机，包装机械，洗衣机，表面粗糙度的测定当中的应用，论述了在工艺上应该注意的问题，同时展望了光电检测技术的发展趋势 关键词：光电检测机械 前言：检测技术在国民经济的各个行业中,起着举足轻重的作用,无论科学研究、产品质量及自动控制都需要检测,利用现代光电子技术作为检测手段,具有无接触、无损、远距离、抗干扰能力强、受环境影响小、检测速度快、测量精度高等优越性,是当今检测技术发展的主要方向。光电检测技术是以激光、红外、光纤等现代光电子器件作为基础，通过对被检测物体的光辐射，经光电检测器接受光辐射并转换为电信号，由输入电路、放大滤波等检测电路提取有用信息，再经模/数转换接口输入计算机运算处理，最后显示输出所需要的检测物理量等参数。光电检测在机械设计中的应用也越来越多。 1.光电检测的基本原理 光电检测系统主要由投光器(光源)、受光器、信号处理装置等组成。根据受光器所感知的信号判断被测对象的有无、形状、方位和颜色时,按投光器和受光器的相对位置不同可分为反射型和透过型两种型式,见图1。作为光电检测媒介的光可以是自然光如白炽灯、萤光灯或卤素灯发出的光。随着光电技术的发展,现常用的是一种特殊的经过调制的光,它是反光二极管在电压作用下发出的光。因为半导体没有热惯性,可以在通电的瞬间发光,并且可发出与电流波形相同的光,这大大提高了其抗干扰能力。投光器发出的光采用不同形式接触被测物后照射在受光器上,而受光器是在光照射下产生电流(或电导率发生变化),即所谓的具有光电效应的光敏元件,常用的有光电二极管和光电三极管。光电二极管的PN结在没有光照时和普通二极管一样具有单向导电性,使用时处于反向偏置;光线照射管芯,会产生光生载流子,在反向电压作用下,生载流子导电产生光电流,即随入射光强度的变化在负载电阻的两端就会产生随光强度变化的光电压,经检波、放大处理去推动控制系统。
《光电技术及应用》期末总结 在本学期开始选课时，很惊喜的看到我院的牛憨笨院士竟然开了一门课，《光电技术及应用》，作为光电工程学院一名学生的我，果断的就选报了。 本课程由牛憨笨院士主讲，作为学院的最高领导人，他总能给我们用课件展示最新的光电类科学技术，以及以后哪方面是研究的主导。 记得院士曾给我们讲过最新关于激光科技的研究发展情况，而我这对激光有着一定的兴趣，所以自然而然的更加关注。 激光历史 世界上第一台激光器诞生于1960年，我国于1961年研制出第一台激光器，40多年来，激光技术与应用发展迅猛，已与多个学科相结合形成多个应用技术领域。这些交叉技术与新的学科的出现，大大地推动了传统产业和新兴产业的发展。 激光产生 物质与光相互作用的规律 光与物质的相互作用，实质上是组成物质的微观粒子吸收或辐射光子，同时改变自身运动状况的表现。 1. 受激吸收 处于较低能级的粒子在受到外界的激发，吸收了能量时，跃迁到与此能量相对应的较高能级。这种跃迁称为受激吸收。 2. 自发辐射 粒子受到激发而进入的高能态，不是粒子的稳定状态，如存在着可以接纳粒子的较低能级，即使没有外界作用，粒子也有一定的概率，自发地从高能级（E2）向低能级（E1）跃迁，同时辐射出能量为（E2-E1）的光子，光子频率 =（E2-E1）/h。这种辐射过程称为自发辐射。 3. 受激辐射、激光 1917年爱因斯坦从理论上指出：除自发辐射外，处于高能级E2上的粒子还可以另一方式跃迁到较低能级。他指出当频率为=（E2-E1）/h的光子入射时，也会引发粒子以一定的概率，迅速地从能级E2跃迁到能级E1，同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都相同的光子，这个过程称为受激辐射。 近几年中国激光产业发展情况 激光精密切割的国产发电机转子成功地应用于三峡工程水轮发电机组，激光切割的零部件应用于航天工程……中国激光器及成套设备制造水平近年来大幅提升。 激光技术作为一种新的科学技术有着广阔的应用前景。快速、精准是其最大的优势，激光不仅能够在精密仪器上打标，也可以快速的对地毯等进行切割。激光机在现代的工业事业上功不可没。推进了工业的快速发展。 激光走进了人们的生活同时也加速了人类社会的进步。相信在不久的将来，激光将会渗透到社会生活的方方面面。 激光应用 光纤通信，光纤常被电信公司用于传达电话、构建网络等。跟传统的铜线相比光纤的信号衰减小、抗干扰能力高，。 军事科技 激光在科技、军事上的应用也有很多。 工业生产 激光在工业上的应用也非常的广泛。如激光打标、激光打孔、激光裁床、激光切割、
光电检测技术实验指导书 电气工程学院
目录 实验一半导体激光器工作域值及输出功率特性的测量 (2) 实验二半导体激光器输出光谱特性曲线的测量 (9) 实验三光电探测原理及特性测试（综合性） (13) 实验四* CCD输出特性及二值化处理实验 (22) 实验五 PSD位移传感器特性实验 (28) 实验六反射式光纤位移传感器原理及定标实验 (32) 实验七光电报警系统设计（设计性） (38)
实验一 半导体激光器工作域值及输出功率特性的测量 一、实验目的 测试半导体激光器工作域值，测量输出功率－电流（P-I ）特性曲线和输出功率的稳定性，从而对半导体激光器工作特性有个基本了解。 二、实验内容 1、测试YSLD3125型半导体激光器工作域值。 2、测试YSLD3125型半导体激光器输出功率与电流（P-I ）特性曲线。 3、测试YSLD3125型半导体激光器注入电流为30mA 时输出功率的稳定性。 三、实验仪器 1、YSLD3125型半导体激光器（带尾纤输出，FC 型接口） 1只 2、ZY606型LD/ LED 电流源 1台 3、光功率计 1台 4、万用表 1只 四、实验原理 1、激光器一般知识 激光器是使工作物质实现粒子数反转分布产生受激辐射，再利用谐振腔的正反馈，实现光放大而产生激光振荡的。激光，其英文LASER 就是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation （受激辐射的光放大）的缩写。 激光的本质是相干辐射与工作物质的原子相互作用的结果。尽管实际原子的能级是非常复杂的，但与产生激光直接相关的主要是两个能级，设E u 表示较高能级，E l 表示较低能级。原子能在高低能级间越迁，在没有外界影响时，原子可自发的从高能级越迁到低能级，并伴随辐射一个频率为 h E E l u /)(-=ν 的光子，这过程称自发辐射。 若有能量为l u E E h -≥ν的光子作用于原子，会产生两个过程，一是原子吸收光子能量从低能级越迁到高能级，同时在低能级产生一个空穴，称为受激越迁或受激吸收，此激发光子消失；二是原子在激发光子的刺激下，从高能级越迁到低能级，并伴随辐射一个频率 h E E l u /)(-=ν 的光子，这过程称受激辐射。 受激辐射激发光子不消失，而产生新光子，光子增加，而且产生的新光子与激发光子具有相同的频率、相位和偏振态，并沿相同的方向传播，具有很好的相干性，这正是我们所需要的。 受激辐射和受激吸收总是同时存在的，如果受激吸收超过受激辐射，则光子数的减少多于增加，总的效果是入射光被衰减；反之，如果受激辐射超过受激吸收，则入射光被放大。实现受激辐射超过受激吸收的关键是维持工作物质的原子粒子数反转分布。所谓粒子数反转分布就是工作物质中处于高能级的原子多于处于低能级的原子。所以原子的粒子数反转分布是产生激光的必要条件。 实现粒子数反转可以使受激辐射超过受激吸收，光在工作介质中得到放大，产生激光，但工作介质的增益都不足够大，若使光单次通过工作介质而要产生较强度的光，就需要很长的工作物质，实际上这